pilz安全继电器工作原理.docx
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pilz安全继电器工作原理
其安全继电器单元如下：
而PILZ安全继电器可以监控功率、电流、电压、接地故障、相位序列；同时也可以用来控制急停、安全门、光栅、安全地毯、双手控制等，而且PILZ安全继电器操作简便、产品部件符合国际标准与规范（如EN954-1）而且通过最少一家以上的机构测试，并予以认证。
带有插入终端的单元，可确保更快的试运行，有最小的空间，有最高的安全等级，极好的性价比，通用电源的低存储成本。
可用于所有安全功能，如监控紧急停止，安全门，光栅等。
..
4PNOZX10急停继电器
概述
PNOZX10急停继电器用于紧急停止，PNOZX10急停继电器装在P93的外壳中，共计有10种不同的型号适用于交流电，1种适用于直流电。
特点：
继电器输出：
6个安全触点（常开），4个辅助触点（常闭）。
可连接急停按钮，安全门按钮和启动按钮。
电源电压显示
继电器状态显示。
反馈回路用于检测外部保护回路状态。
此继电器符合下列安全要求：
采用冗余的接线方式，并具有自身诊断功能。
当有部分元件损坏时，仍然具有保护作用。
在每次开-关设备时都会自动检测，继电器是否能正常工作。
用于直流和交流的继电器都有电器保险。
24V+
K2
Y3
S22
K1
S21
S12
K3
S34
S37
Y2
Y1
S11
S33
K3
24V-
PNOZX10原理展开图
功能描述：
PNOZX10急停继电器用于确保紧急情况下安全回路的断开。
当接通电源后，短接Y1-Y2、S12-S34并接通输入回路，K3处于工作状态。
输入回路接通（如：
未按下急停按钮），继电器K1、K2通过触点、接通，并通过、自锁保持，状态指示LED亮。
当断开、后，K3在经过90ms的延时后断开。
安全触点（13-14/23-24/33-34/43-44/53-54/63-64）闭合，辅助触点（71-72/81-82/91-92/01-02）打开。
输入回路断开（如：
按下急停按钮），继电器K1、K2断开，安全触点13-14/23-24/33-34/43-44/53-54/63-64）重复断开，辅助触点（71-72/81-82/91-92/01-02）闭合。
练习1
特点描述：
练习2
特点描述：
练习3
特点描述：
练习4
特点描述：
A1，A2接电源；PE接地；
T11，T12，T21，T22接2ch输入，一般用于接安全限位，安全门开关和急停按钮等产品；
T31，T32为复位输入；A，B在使用自动复位的时候需要短接；
T23在使用1ch输入的时候，与T23短接，输入接在T11，T12上，或者在连接PNP输出的光幕时候使用，光幕输出接T12，T23；
其余的均为输出。
如果一个NO接点熔敷，线圈没通电时所有NC接点会保持最小的距离。
同样如果一个NO接点熔敷，线圈通电时所有NC接点会保持最小的距离。
参考下图。
EN50205（参考FAQNo.02371）要求安全继电器有强制导轨接点装置。
A级安全继电器（即所有接点都是强制导轨接点）在铭牌上有
标记。
强制导轨接点装置（G7SA安全继电器）
强制导轨接点
逆输入是一种在两个输入电路通道（一个输入正电位一个输入负电位）间创造电位差的输入。
如果接线损坏，两通道间出现短路，可以保障切断电源，安全功能动作。
自动复位就是在反馈电路里没有复位开关，并且设备在输入变为ON时自动启动。
手动复位就是在反馈电路里有复位开关，并且设备在输入变为ON时不会启动，直到复位开关按下。
电路示例请参考FAQNo.02326
手动复位用在人们可以进入的机器上，还可以用来紧急停止电路。
自动复位用在人们不能进入的机器上。
复位必须在所有危险都被清除后发生，通常手动复位更安全。
自动复位可以用在人们无法进入的保护通道上。
在人们可以进入并紧急停止的保护通道上，只使用手动复位。
警告！
G9S-2001/2002安全继电器单元
G9SB-2002-A安全继电器单元
G9SB-200-B安全继电器单元
G9SB-3012-A安全继电器单元
G9SB-301-B安全继电器单元
手动复位不能用在以上型号上。
永远不要在这些型号上使用手动复位，因为如果使用了手动复位，有时候无法会避免危险。
这同样适用于在自动复位模式下的G9SA安全继电器单元上使用手动复位。
永远不要用手动模式
安全继电器和一般用途继电器之间的区别是什么
问题编号：
FAQ02435
安全继电器（有强制导轨接点的继电器）
一般用途继电器
强制导轨接点（参考注意1）
是
否
接点熔敷检测
如果一个NO接点熔敷，可以通过NC接点来检测。
如果一个NC接点熔敷，可以通过NO接点来检测。
不适用
接点熔敷和接点故障
两种继电器都会有故障，但是安全继电器的强制导轨接点可以利用辅助电路来检测故障，比如安全电路。
（参考注意2。
）
特性，如负荷开关和绝缘电阻
两种继电器有相似的特性，具体特性和额定值请参考各自的产品说明书。
转换接点布置
不能实现
可以实现
G9SA的复位方式是通过A，B端子连线来切换。
当A，B端子开路时，G9SA为自动复位方式，T31，T32端子可以直接短接使用；当A，B端子短路时，G9SA为手动复位方式，在T31，T32端子上要接入复位开关。
为什么安全电路里需要安全继电器
问题编号：
FAQ02301
安全继电器有强制导轨接点来防止NO和NC接点在接点熔敷时同时工作，这使得安全继电器自身就能检测接点熔敷。
（有关强制导轨接点的信息请参考FAQNo.02481。
）这可以用于组建安全电路。
一般用途继电器没有强制导轨接点。
（安全继电器和一般用途继电器之间的区别请参考FAQNo.02435。
）
然而，即便使用安全继电器，取决于电路的构造，有些电路仍然存在危险，必须给予足够的重视。
例如下面图1里的电路就是危险的，因为电源无法切断。
利用电路里的强制导轨接点提供的熔敷检测功能来建立冗长性和自我监控功能，如图2所示（冗长性的信息请参考FAQNo.02367）。
图1
图2部分G9S-301安全继电器单元电路（摘要）
K1、K2和K3:
安全继电器建成了G9S-301
例如，反馈电路被用来检测驱动电机的接触器里NO接点的熔敷。
这在一定程度上能保障安全，因为即使接触器里的NO接点发生熔敷，这个反馈电路也能防止安全继电器单元重新启动。
但是，接触器数量需要加倍。
双倍接触器的连接示例（电路示例）请参考FAQNo.02326。
什么是正极普通输入（欧姆龙安全继电器单元/安全继电器的术语表）
问题编号：
FAQ02416
这是一种输入模式，有两个输入，并且这两个都连接到电源的正极。
两个输入会有相同的电压，所以如果两个终端之间有短路将无法被检测出来。
安全继电器介绍
根据当前技术的国际水准，机器的控制电路可以划分为两大部分。
一部分是负责机器运行功能的控制电路，另一部分是实现安全保护功能的控制电路。
上述的控制电路划分在国际性标准中已经成为标准要求
（1），而且有关“工作保护”的条目，在许多国家法律规定中也可以找到。
不同的思考方法
带有安全功能的控制电路-以下也称为“与机器安全相关的控制部分”或“安全电路”，通过采取本质上和/或结构的措施区别于控制机器运行的控制电路，从而使在工作范围内由机器对工作人员产生的危险性动作和其它机械危险得到的专门的处理保护，而且在出故障的情况下，工作人员也能得到保护。
这里要研究的一个是机器停止命令，另一个是对机器或机器部件意外起动的保护。
控制机器正常运转的电路结构的可支配性（即可靠性）成为研究的重点。
也就是研究：
在确定的时间里对可预见任务的作用。
实现安全功能控制电路的结构关系到在部件失效和出现故障行为的情况下，对工作人员无法避免的伤害后果进行保护。
也就是说，在对与安全性有关的机器控制部件进行设计的过程中，一定要确保安全。
即使在出现故障时，也不允许使人员受到生命或健康的损害。
与此相关的问题是下述列举的情况发生时，仅在对人员保护方面，机器控制将会怎样
断电
电缆受到损坏
结构性元件（相同种类）失灵，即在对机器给出功能指令时不能打开或不能关闭机械性折断、卡死等。
这里只给出几个例子。
在标准IEC13849-2
（2）附录中对所研究的故障或故障可能性有较全面的介绍。
设计过程的目的应当是：
通过适当的措施，实现有安全功能的控制电路，使得引起危险的故障或干扰的可能性减低到最小（3）。
这种可能性取决于危险程度的大小。
机器控制与安全有关部分的类别
为了确定根据风险大小采取的附加措施，从经济、安全技术角度，对实现安全功能控制电路的技术要求分为不同的“类别”，例如，在标准ISO13849-1（4）中，被称为控制类别。
可以说，它涉及5种不同的安全、技术、质量等级。
下面再次对此作简要的叙述（5）：
控制类别B：
控制中涉及安全的部分和/或保护装置及零部件必须按照有关标准进行构造、制造、选择、组装和组合，以能承受预料的影响。
解释：
应根据一般有效标准的推荐，使用带有功能和安全技术特征和特点的部件，例如IEC-和ISO-标准。
控制类别1：
B类别中的要求必须得以满足，而且必须用成熟可靠的部件和安全原理。
解释：
可靠部件是指经得住长年使用的（使用中得到验证的），例如：
机电开关，而微处理器却不属于可靠部件。
可靠安全原理，例如像安全电路中的稳流原理，开关的强制断开式触点或强制操动的继电器触点，保护触点等。
控制类别2
必须满足B类别中的要求和可靠安全原理的应用。
安全功能须在适当的时间间隔内通过机器控制得到检验。
解释：
这里要求的是对规定功能的定期检验。
例如:
每班开始工作起动机器前，保护罩应首先被打开再关上以后，才可进行生产，这应形成有意识的行为。
对于检验周期的长短，在专家们间存在不同的观点。
对类别B、1、2的共同解释：
这些控制类别一般为单通道结构。
也就是说，机器运转时出现干扰或故障的情况下，人员可能受损伤。
控制类别3
必须满足B类别中的要求和可靠安全原理的应用，任何部件上出现一个故障时不会导致安全功能的损坏。
如果可能，应采取适当的方式使故障得以识别。
解释：
这里关系到对已经讲过的单故障安全的要求。
也就是说，从控制类别3开始，安全电路一般来讲是冗余结构，即双通道。
如果两通道中其中一个通道出现干扰或故障，第二个通道将承担安全功能，或者由于两通道间出现矛盾时则会断路。
原则上，控制类别3涉及到故障安全的逻辑比较。
对于隐蔽的故障，应最晚在机器下次起动前被识别，并锁住机器防止再运转。
控制类别4
必须满足B类别中的要求和可靠安全原理的应用。
任何一个部件上出现一个故障时，不会导致安全功能的失效，并且在安全功能被实施或在下一次安全功能被实施之前故障应被识别。
如果这样不能做到的话，故障的积累不会导致安全功能的损坏。
解释：
单故障安全的要求在这里一样适用，但所有可能隐蔽的故障必须能够被识别。
也就是说，控制类别4中故障识别的措施要严格得多，以至于多到故障的积累。
另外，有规律的且频繁的对安全电路检验是很有效的措施。
图1：
机器控制的基本结构
根据ISO13849-1风险评估
控制类别的选择和使用取决于风险评定。
对风险评定，一个可利用的辅助工具提供了叫做风险图的参考（6）。
就像在ISO13849-1附录中出版的那样须根据下列风险参数评估：
受伤害程度.......................................（S）
经常性和/或危险位置........................（F）
避免危险的可能性.............................（P）
下面插图指出，根据对参数S,F,P的认识和评估，将它们进行相互组合，实现对风险等级划分，并归类在到控制类别B到4中。
风险的等级越高，就应该选择越高的保护措施以控住危险。
图2:
ISO13849-1风险图
S伤害程度
S1轻度（一般可恢复）伤害
S2严重（一般不可恢复）伤害，包括死亡
F危险发生的经常性和/或持续性
F1很少到经常和/或短暂发生
F2经常到持续和/或持久地发生
P避免危险的可能性
P1在一定条件下可能
P2不太可能
类型B、1到4，控制部分用于安全相关的元件，上述对于风险评定的研究总是与安全电路相关的，并且由信号变送器、安全传感器、控制逻辑和执行元件组成。
图3:
安全电路结构
安全-继电器-组件
鉴于控制类别2,3,4之间在成本上无显著区别，另外尤其是在计划和数据逻辑方面尽可能要简单化，现今，安全电路的逻辑部分一般都采取安全-继电器-组件。
图4:
Schmersal集团生产的安全-继电器-组件实例
安全-继电器-组件是安全传感器技术层与机器控制有关安全的执行元件层之间的连接环节，此逻辑联接使输入端与输出端的安全技术得以实现。
按照安全技术要求，这些器件的制作达到了故障安全。
即有限的线路故障技术，壳体可打开并可直接安装，满足ISO13849-1类别4的要求。
安全-继电器-组件可直接安装的构造形式，可简便地、节约空间地装在机器柜中。
使用中节省了很多布线时间，避免安全电路设计阶段出现错误，布线出错以及找错，排错花费的时间。
此外这些继电器在销售时，提供有著名检验机构对样品的检验证书，使消费者感到放心。
根据与输入和输出端相连的外部线路的不同，可以实现所有类别的安全电路，只是“线路中最薄弱的环节“决定安全标准的高低。
也就是说，一个单通道输入线路和符合控制类别4的安全-继电器-组件的组合一般只能达到类别2，甚至可能是类别1，而不是类别4，但在输入和输出端加上“故障排除“是允许的。
也就是说，根据应用，选择超出类别需要的部件或采取附加措施，以排除故障或干扰是可以的。
线路技术
安全-继电器-组件线路是按照任务的不同，通过所谓的2个或3个继电器技术实现的。
3-继电器技术意味着此线路带有自己的起始继电器（K1），继电器独自通过起始电路工作并带动通道继电器K2和K3；2-继电器-技术线路所不同的是，线路的起始不通过自己的起始继电器。
更确切地说，在两个配电继电器自保功能激活过程中进入配电过程。
虽然这两种线路在安全技术方面并无区别，在功能方面却有不同。
例如控制类别2和4中所要求的起动检测或在起动过程中反馈信号的处理，当然只有3个继电器线路可实现。
应用中所有线路的安全继电器带有强制动作触点。
根据结构，大部分的继电器以旋转电枢原理工作，一部分以枢轴衔铁原理工作。
图5：
分等级保护措施的实现实例，控制类别3
分等级保护措施的实现实例，控制类别3结构
1.两个接点，最少其中之一是肯定断开式的。
2.接触器/继电器的防护等级IP54。
3.引线用通用的带护套电线。
4.接触器/继电器的线圈与控制电路的线圈共地。
图6：
分等级保护措施的实现实例，控制类别4
分等级保护措施的实现实例，控制类别4结构
1.如上所述的控制类别3。
2.开关信号的接线，护套导线要分开布线或在线路中带有短路、交叉识别或“特殊的屏蔽电缆”。
3.上电检测。
注解：
（1）特别参考见ISO12100-1/-2：
机器的安全-基本概念/一般性结构原理。
（2）IEC13849-2：
机器控制中安全相关部件-部分2：
验证。
（3）比较IEC60204-1：
1997，章节：
故障中的控制功能/一般要求。
（4）IEC13849-1:
机器控制中安全相关部件-部分1：
一般性结构原理。
这是当前有效文本，被称为执行层面的标准中的要求正在起草过程中。
其它相似的安全标准，如IEC61508：
与安全功能相关的电气/电子/可编程系统。
（5）在标准ISO13849的两个部分及其它一些文献中有相关的详细信息，所有生产机器安全部件的著名生产商也提供有相关信息。
（6）对于复杂的机器和加工系统，可能会出现是否安装带有安全功能的可编程系统的问题。
安全继电器及PLC在制造行业的应用
国内外的各制造行业厂商历来重视制造过程中的安全与保护。
随着产能的不断提升，厂商对设备自动化的要求越来越高，机器和设备也越来越复杂、速度也越来越快。
因此，厂商对这些机器的安全要求也越来越高。
我们既要能够保证安全、可靠性，又要保证灵活、易维护性。
这就对安全元器件的正确和合理的设计和选择提出了一定的要求。
安全功能在工业设备上的使用在发达国家已十分普及，例如，在欧洲有强制的安全标准，达不到相应安全等级的设备不能投产；在美国则依靠高额的事故赔偿来强制设备的安全性。
通常，我们可以参照以下欧洲标准进行设备的设计：
EN1050-1996机械安全风险评价
EN292－1：
1991机器安全基本概念与设计通则
EN954-1机械安全控制系统有关安全部件第1部分设计通则
EN/IEC60204机械安全机械电气设备
EN/ISO13894机械的安全控制系统有关的安全部件
EN/IEC61508主要涵盖了电气/电子/可编程电子系统的功能安全
EN418紧急制动设备
EN1088与保护装置有关的连锁装置设计和选择原则
EN12415机床安全小型数控车床和车削中心
EN12417机床安全加工中心
EN12478机床安全大型数控车床和车削中心
EN692：
1996机械压力机安全
EN693：
2000机床安全液压机
EN1550：
1997机床安全工件夹紧用卡盘设计和制造的安全要求
在这方面我国还处于起步阶段，很多有一定危险性的设备没有任何安全保护措施，这也是工厂事故频发的一个重要原因。
随着国家对此重视程度的提高和以人为本理念的逐渐深入人心，设备的安全性正得到越来越多的重视。
设备的安全性能由机械安全防护和电气安全控制两方面组成。
机械安全防护在本文不做过多介绍，下面详细介绍电气安全控制的原理及应用。
安全控制系统必须提供一种高度可靠的安全保护手段，最大限度地避免机器的不安全状态、保护生产装置和人身安全，防止恶性事故的发生、减少损失。
该系统在开车、停车、出现工艺扰动以及正常维护操作期间对机器设备提供安全保护。
一旦当机器设备本身出现危险，或由于人为原因而导致危险时，系统立即做出反应并输出正确信号，使机器安全停车，以阻止危险的发生或事故的扩散。
一套安全控制系统，由安全输入信号（即安全功能，如紧急停止信号、安全门信号等）、安全控制模块（如安全继电器、安全PLC）、和被控输出元件（如主接触器、阀等）三部分组成。
要使设备达到相应的安全等级就离不开必要的安全元件和安全线路，常见的安全元件有急停按钮、双手按钮、安全门开关、安全光栅等。
这些元件通过线路（一般是双回路）连接到安全控制的核心，此核心不是普通的PLC，因为它不具备安全功能。
具有安全要求的机器中，普通的继电器或者PLC被广泛地作为控制模块，对安全功能进行监控。
从表面看来，这样的机器在一定条件下也能够保证安全性。
但是，当普通的继电器和PLC由于自身缺陷或外界原因导致功能失效时（如触点熔焊、电气短路、处理器紊乱等故障），就会丢失安全保护功能，引发事故。
而对于安全控制模块，由于其采用冗余、多样的结构，加之以自我检测和监控、可靠电气元件、反馈回路等安全措施，保证在本身缺陷或外部故障的情况下，依然能够保证安全功能，并且可以及时的将故障检测出来。
从而在最大程度上保证了整个安全控制系统的正常运行，保护了人和机器的安全。
电气安全控制的方式大致分为以下几种：
1.用普通继电器搭建有自锁和互锁功能的双回路线路。
这种是最原始的安全控制方式，能达到较低的安全等级。
其优点是成本低廉，缺点是维护和改造十分复杂，无法监控。
2.使用安全继电器搭建安全回路。
上个世纪随着安全继电器的出现，它已经越来越多的应用于各种工业设备中。
可以用于控制单一安全功能，适用于小型的安全控制系统。
其安全输出通常有继电器触点输出或晶体管输出。
无论采用何种形式的输出结构，安全继电器都能够保证至少2个通道进行输出的控制。
在一个输出通道出现故障的情况下，另外一个冗余的通道依然能够保证安全继电器的安全功能，并且及时检测出故障通道。
常见的安全继电器品牌有皮尔兹、施迈赛等，现在西门子、欧姆龙等系统集成商也都相继推出了自己的安全继电器产品。
此控制方式成本适中，能达到较高的安全等级，但如果安全元件多线路依然比较复杂，不适于大型生产线。
3.使用安全PLC进行安全控制。
安全可编程控制器的CPU采用冗余的多处理器结构。
各个处理器之间相互监控，一旦出现不一致，立刻使控制器处于安全状态，并且发出报警信息；同时，安全可编程控制器对内部的RAM，EPROM，输入输出寄存器等元件进行实时监控，并且采用特殊的测试脉冲对输入信号和输出被控元件进行检测，一旦出现任何不安全隐患，控制器立刻切换至安全保护状态。
安全总线系统适用于大型、离散式的安全控制系统。
其原理是在现有工业现场总线的基础上，采用了一系列的时间检测、地址检测、连接检测和CRC冗余校验等措施，达到高的安全等级。
安全PLC是上世纪末出现的产品，他的优点是可编程性能强大，使用安全总线能实现很高要求的安全控制，但成本较高。
4.使用可编程安全继电器进行安全控制。
可编程安全继电器是近年推出的安全产品，它介于安全PLC和安全继电器之间，即具有一定的可编程性，价格却不是很高。
安全继电器是一个多功能、可自由配置的模块化安全系统。
与其他普通安全继电器不同，可编程安全继电器的安全电路可在个人电脑上使用图形配置工具轻松生成。
通过基础模块上的RS232接口可以直接向可编程安全继电器写入程序。
以上简单介绍了安全控制的几种方式，那么与安全等级密切相关的安全元件是如何达到安全控制的目的的呢下面进行分类介绍：
1.防短路功能。
安全线路一般使用双回路控制，即使有一条线路发生短路，依然能防止设备在不满足要求的状态下运行，另外安全继电器和安全PLC都有短路诊断功能。
2.放粘连功能。
安全继电器与普通继电器不同，普通继电器在长时间电弧的作用下有可能发生触点的粘连，而安全继电器由于其特殊的结构，能保证在回路不满足条件的情况下触点强制断开。
3.安全区域功能。
通过安全门锁和安全光栅行程指定的安全区域，一旦进入安全门或穿越光栅，在安全控制的作用下设备能够强制停机，保证生产人员的安全。
4.冗余功能。
安全PLC和安全总线都具有冗余功能，确保在外界干扰下的安全性能不受影响。
对于安全功能4个以下的单台设备或流水线，我们可以使用紧凑型安全继电器。
例如，在动力车间中的单台数控机床，其安全功能通常包括数个紧急停止按钮、一扇至二扇安全门，并且安全等级在3级以上。
对于这样一个应用，我们可以采用一个紧凑型安全继电器控制所有的紧急停止按钮；再使用1/2个紧凑型安全继电器控制1/2扇安全门。
任何一个安全继电器被触发，安全输出必须切断相关负载（如控制轴运动的变频器或伺服）。
对于安全功能在4至14个的设备或流水线，我们推荐使用模块化的可编程安全继电器来得到更高的灵活性和更低的成本。
我们以一条油漆自动化线为例，在此生产区域中，通常包括在安装在喷涂区域进出口的2对安全光栅、4/8个安全门、若干个紧急停止按钮、2套屏蔽传感器，并且安全等级在3级以上。
我们当然可以选用紧凑型的安全继电器来实现以上安全功能。
但是这种解决方案的成本较高、接线繁琐、故障诊断困难。
而可编程安全继电
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